KR20210097804A - 워크 보유 지지부 및 워크 보유 지지부 회전 유닛 - Google Patents

워크 보유 지지부 및 워크 보유 지지부 회전 유닛 Download PDF

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Abstract

복수 종류의 워크에도 대응할 수 있는 워크 보유 지지부 및 워크 보유 지지부 회전 유닛을 제공한다. 생크부(W1)와, 상기 생크부(W1)보다도 외경이 작은 날부(W2)를 구비하는 봉상의 워크(W)를 보유 지지하는 워크 보유 지지부(60)로, 상기 생크부(W1)를 삽입 가능한 제1 구멍부(63c), 및 상기 제1 구멍부(63c)와 연속하도록 형성되어, 상기 생크부(W1)를 삽입 불가능하고 상기 날부(W2)를 삽입 가능한 제2 구멍부(63d)를 구비하는 관통공(63a)이 형성된 어댑터(63)와, 상기 어댑터(63)가 삽입된 상태에서 상기 어댑터(63)를 보유 지지 가능한 회전 지지부(61)를 구비했다.

Description

워크 보유 지지부 및 워크 보유 지지부 회전 유닛
본 발명은, 워크 보유 지지부 및 워크 보유 지지부 회전 유닛의 기술에 관한 것이다.
종래의 워크 보유 지지부 및 워크 보유 지지부 회전 유닛의 기술은, 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 것과 같다.
특허문헌 1에는, 코팅 시스템에서의 워크 피스의 장전 장치가 개시되어 있다. 이 장전 장치에서는, 삽입 슬리브에 형성된 보어홀에 워크 피스를 수용하여, 보유 지지할 수 있다. 워크 피스를 수용한 복수의 삽입 슬리브는, 스탠드에 형성된 복수의 개구부에 삽입된 상태로 보유 지지된다. 이렇게 하여 보유 지지된 워크 피스에 대해, 코팅이 이루어진다.
그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 삽입 슬리브에는 워크 피스의 길이에 따른 깊이의 보어홀이 형성되어 있다. 이 때문에, 종류가 다른(길이가 다른) 워크 피스를 보유 지지하기 위해서는, 그 워크 피스의 길이에 따른 삽입 슬리브를 준비할 필요가 있는 점에서, 개선의 여지가 있었다.
특허문헌 1: 일본 공표특허 2018-511702호 공보
본 발명은 이상과 같은 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 해결하려고 하는 과제는, 복수 종류의 워크에 대응할 수 있는 워크 보유 지지부 및 워크 보유 지지부 회전 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 이상과 같고, 이 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 워크 보유 지지부는, 제1 부분과, 상기 제1 부분보다도 외경이 작은 제2 부분을 구비하는 봉상(棒狀)의 워크를 보유 지지하는 워크 보유 지지부로서, 상기 제1 부분을 삽입 가능한 제1 구멍부, 및 상기 제1 구멍부와 연속하도록 형성되며, 상기 제1 부분을 삽입 불가능하고 상기 제2 부분을 삽입 가능한 제2 구멍부를 구비하는 관통공이 형성된 어댑터와, 상기 어댑터가 삽입된 상태에서 상기 어댑터를 보유 지지 가능한 본체부를 구비하는 것이다.
또한, 본 발명에 관한 워크 보유 지지부 회전 유닛은, 상기 워크 보유 지지부를 구비하고, 상기 워크 보유 지지부를 회전시키는 것이 가능한 것이다.
본 발명에 의하면, 복수 종류의 워크에 대응할 수 있다.
도 1은 스퍼터링 장치의 개략 구성을 나타낸 A-A 단면 모식도이다.
도 2는 스퍼터링 장치의 개략 구성을 나타낸 평면 단면 모식도이다.
도 3은 성막실의 내부 구조를 나타낸 정면 단면도이다.
도 4는 성막실의 내부 구조를 나타낸 정면 단면 확대도이다.
도 5는 워크 보유 지지부의 주변을 나타낸 정면 단면도이다.
도 6은 회전 휠의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 7은 워크 보유 지지부를 분해한 모습을 나타낸 정면 단면도이다.
도 8의 (a)는 회전 지지부를 나타낸 정면도, (b)는 'B' 방향에서 본 도면, (c)는 C-C 단면도이다.
도 9의 (a)는 워크가 어댑터에 삽입되는 모습을 나타낸 정면 단면도이고, (b)는 워크가 어댑터에 삽입된 상태를 나타낸 정면 단면도이다.
도 10은 종류가 다른 워크를 나타낸 정면 단면도이다.
도 11은 고정 원반 및 규제부의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 12는 성막품의 제조 방법의 각 공정을 나타낸 도면이다.
도 13의 (a)는 워크가 경사지지 않은 상태에서 성막 처리가 이루어지는 모습을 나타낸 모식도이고, (b)는 워크가 경사져 있는 상태에서 성막 처리가 이루어지는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 14는 본원 공구의 수명에 관한 평가의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 15는 본원 공구의 결함의 발생에 관한 평가의 일 예를 나타낸 도면이다.
이하에서는, 도면에서의 화살표 U, 화살표 D, 화살표 L, 화살표 R, 화살표 F 및 화살표 B로 나타낸 방향을, 각각 상방향, 하방향, 좌방향, 우방향, 전방향 및 후방향으로 정의하여 설명을 행한다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 이용하여, 본 실시형태에 관한 스퍼터링 장치(1)의 개략에 대해 설명한다.
스퍼터링 장치(1)는, 진공중에서 성막 처리를 행하는 진공 처리 장치(진공 성막 장치)이다. 본 실시형태에 관한 스퍼터링 장치(1)는, 성막 대상이 되는 워크(처리품)(W)로서, 가공용 공구를 상정하고 있다. 스퍼터링 장치(1)는, 주로 성막실(2), 워크 보유 지지부 회전 유닛(3), 모터(4), 배기 장치(5), 타겟(스퍼터링 타겟)(6) 및 히터(7)를 구비한다.
성막실(2)은, 워크(W)에 성막 처리를 하기 위한 공간을 형성하는 것이다. 성막실(2)은, 축선을 상하 방향을 향하게 한 대략 원기둥 형상으로 형성된다(도 2 참조). 성막실(2)은, 중공 형상으로 형성된다.
워크 보유 지지부 회전 유닛(3)은, 후술하는 워크 보유 지지부(60)를 회전시키는 것이다. 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)은, 성막실(2) 내에 배치된다.
모터(4)(도 1 참조)는, 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)을 회전 구동시키기 위한 구동원이다. 모터(4)는, 성막실(2)의 외부에 배치된다. 모터(4)의 동력은, 적절한 동력 전달 기구(예를 들어 축 등)를 개재하여 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)에 전달된다.
배기 장치(5)(도 1 참조)는, 성막실(2) 내의 공기를 배출함으로써, 성막실(2) 내를 성막 처리에 적절한 진공도가 되도록 조절하는 것이다.
타겟(6)은, 워크(W)에 성막되는 재료(성막 재료)이다. 타겟(6)은, 평판 형상으로 형성된다. 타겟(6)은, 성막실(2) 내에 배치된다. 타겟(6)은, 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)을 사이에 두고 한 쌍 설치된다. 타겟(6)은, 판면이 수직 방향을 따르도록 배치된다. 또한 타겟(6)은, 판면이 성막실(2)의 중앙(즉, 워크 보유 지지부 회전 유닛(3))을 향하도록 배치된다.
히터(7)는, 워크(W)를 가열하여, 성막 품질(균일성 등)을 향상시키기 위한 것이다. 히터(7)는, 성막실(2) 내에 배치된다. 히터(7)는, 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)을 사이에 두고 한 쌍 설치된다. 타겟(6) 및 히터(7)는, 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)의 주위에 등간격으로 배치된다.
다음에, 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3 및 도 4에 나타내는 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)은, 주로 회전축(20), 상부 회전체(30), 회전 휠(40), 설치 부재(50), 워크 보유 지지부(60), 고정 원반(70), 규제부(80) 및 커버(90)를 구비한다.
회전축(20)은, 후술하는 회전 휠(40)의 회전 중심이 되는 것이다. 회전축(20)은, 대략 원기둥 형상으로 형성된다. 회전축(20)은, 축선을 연직 방향(상하 방향)을 향해 배치된다. 회전축(20)에는, 회전축(20)의 측면을 덮도록, 원통 형상으로 형성된 외통 부재(21)가 일체적으로 회전 가능하도록 끼워맞춰진다. 외통 부재(21)의 상단부에는, 키 홈(21a)이 형성된다.
상부 회전체(30)는, 회전축(20)과 일체적으로 회전 가능한 것이다. 상부 회전체(30)는, 평면(위쪽)에서 볼 때 원형상으로 형성된다. 상부 회전체(30)의 저면의 중심에는, 회전축(20)의 상단부가 고정된다. 상부 회전체(30)의 저면의 중심 근방에는, 키 부재(31)가 고정된다. 이 키 부재(31)가 외통 부재(21)의 키 홈(21a)에 걸어맞춤됨으로써, 상부 회전체(30)와 회전축(20) 간의 상대 회전이 규제된다. 즉, 상부 회전체(30)는, 회전축(20)과 일체적으로 회전할 수 있다. 상부 회전체(30)의 상부는, 성막실(2)의 상면에 회전 가능하게 지지된다. 상부 회전체(30)에는, 모터(4)(도 1 참조)의 동력이 전달 가능하다. 상부 회전체(30)는, 모터(4)로부터의 동력에 의해, 회전축(20)과 함께 회전할 수 있다.
도 3 내지 도 6에 나타내는 회전 휠(40)은, 후술하는 워크 보유 지지부(60)를 회전축(20)을 중심으로 하여 회전(공전; 公轉)시키는 것이다. 회전 휠(40)은, 주로 보스부(41), 리브(42) 및 외주부(43)를 구비한다.
보스부(41)는, 회전 휠(40)의 중심에 형성되는 부분이다. 보스부(41)는, 축선을 연직 방향(상하 방향)을 향하게 한 대략 원통 형상으로 형성된다. 보스부(41)의 중심에는, 보스부(41)를 상하로 관통하는 관통공(41a)이 형성된다.
리브(42)는, 보스부(41)로부터, 회전 휠(40)의 지름 방향에서 보스부(41)의 외측을 향해 연장되도록 형성되는 봉상의 부분이다. 리브(42)는, 보스부(41)의 주위에 등간격으로 복수개(본 실시형태에서는 5개) 형성된다(도 6 참조).
외주부(43)는, 후술하는 워크 보유 지지부(60)를 지지하는 부분이다. 외주부(43)는, 평면에서 볼 때, 보스부(41)를 중심으로 하는 원환(圓環) 형상으로 형성된다. 외주부(43)의 내주면은, 회전 휠(40)의 지름 방향에서 리브(42)의 외측의 단부에 고정된다. 이렇게 하여, 외주부(43)는, 리브(42)를 개재하여 보스부(41)와 접속된다. 또, 본 실시형태에서는, 보스부(41), 리브(42) 및 외주부(43)는 일체적으로 형성되어 있다. 외주부(43)에는, 주로 경사면(43a) 및 관통공(43b)이 형성된다.
도 5 및 도 6에 나타내는 경사면(43a)은, 외주부(43)의 상면에 형성된다. 경사면(43a)은, 상하 방향(회전축(20)의 축선 방향)에 대해 경사지는 방향을 향하도록 형성된다. 구체적으로는, 경사면(43a)은, 회전 휠(40)의 지름 방향 외측을 향함에 따라 하방으로 경사지도록 형성된다.
관통공(43b)은, 외주부(43)를 상하로 관통하도록 형성된다. 관통공(43b)의 상단은, 경사면(43a)으로 개구되도록 형성된다. 관통공(43b)은, 경사면(43a)에 대해 수직으로 연장되도록 형성된다. 즉, 관통공(43b)은, 연직 방향(상하 방향)에 대해 경사지는 방향으로 연장되도록 형성된다. 보다 구체적으로는, 관통공(43b)은, 상방을 향함에 따라 회전 휠(40)의 지름 방향 외측으로 연장되도록 형성된다. 관통공(43b)의 하단(하측의 개구부)은, 판형상의 폐색 부재(43c)에 의해 폐색된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 경사면(43a) 및 관통공(43b)은, 외주부(43)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 복수개 형성된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 회전 휠(40)은, 회전축(20)(외통 부재(21))에 설치된다. 구체적으로는, 회전 휠(40)의 보스부(41)(관통공(41a))가, 회전축(20)에 삽입된다. 이 때, 회전 휠(40)과 회전축(20)은 일체적으로 회전 가능하도록 걸어맞춤된다. 또한 회전축(20)에는, 회전 휠(40)이 상하로 등간격으로 복수개 나열되도록 설치된다. 도 1, 도 3 및 도 4에서는, 일 예로서 2개의 회전 휠(40)을 도시하고 있다.
도 4 및 도 5에 나타내는 설치 부재(50)는, 후술하는 워크 보유 지지부(60)를 회전 휠(40)에 설치하기 위한 것이다. 설치 부재(50)는, 주로 설치 부재 본체부(51) 및 플랜지부(52)를 구비한다.
설치 부재 본체부(51)는, 원통 형상으로 형성된 부분이다. 설치 부재 본체부(51)에는, 상측의 단면과 하측의 단면을 관통하는 관통공(51a)이 형성된다. 관통공(51a)은, 설치 부재 본체부(51)의 중심(축선상)에 형성된다. 설치 부재 본체부(51)의 외경은, 회전 휠(40)의 관통공(43b)의 내경과 대략 동일하도록 형성된다.
플랜지부(52)는, 설치 부재 본체부(51)의 상단부 근방에서 확경되도록 형성된 원반 형상의 부분이다.
설치 부재 본체부(51)는, 회전 휠(40)의 관통공(43b)에 상방으로부터 삽입된다. 플랜지부(52)는, 회전 휠(40)의 경사면(43a)에 적절한 체결 부재(볼트 등)에 의해 고정된다. 이렇게 하여, 설치 부재(50)는, 회전 휠(40)의 각 관통공(43b)에 설치된다. 설치 부재(50)(설치 부재 본체부(51))의 축선은, 관통공(43b)과 같은 각도로 경사지게 배치된다.
도 5 및 도 7에 나타내는 워크 보유 지지부(60)는, 워크(W)를 회전(자전; 自轉) 가능하게 보유 지지하는 것이다.
여기서, 도 7을 이용하여, 워크 보유 지지부(60)가 보유 지지하는 워크(W)에 대해 구체적으로 설명한다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 워크(W)로서 엔드밀 등의 가공용 공구를 상정하고 있다. 워크(W)는, 일 방향으로 연장되는 봉상으로 형성된다. 워크(W)는, 주로 생크부(W1; shank potion), 날부(W2) 및 테이퍼부(W3)를 구비한다.
생크부(W1)는, 공구의 손잡이가 되는 부분이다. 생크부(W1)는, 대략 원기둥 형상으로 형성된다. 생크부(W1)는, 길이 방향에 걸쳐 직경이 일정하도록 형성된다.
날부(W2)는, 공구의 날이 형성되는 부분이다. 날부(W2)는, 나선 형상 또는 직선 형상으로 형성되어, 전체적인 외관이 대략 원기둥 형상이다. 또한, 전체적인 외관에 대해서는, 대략 원기둥 형상의 선단에 대략 원추가 추가된 것 같은 형상으로 해도 된다. 날부(W2)는, 길이 방향의 적어도 일부의 직경이 일정하도록 형성된다. 날부(W2)의 직경은, 생크부(W1)보다 작아지도록 형성된다. 날부(W2)의 선단(생크부(W1)와 반대측의 단부)에서부터 중도부에 걸치는 소정의 범위에는, 적절하게 날이 형성된다.
테이퍼부(W3)는, 생크부(W1)와 날부(W2)를 접속하는 부분이다. 테이퍼부(W3)는, 생크부(W1)로부터 날부(W2)를 향해 서서히 외경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 형성된다.
이와 같이 워크(W)는, 생크부(W1)와 비교하여 외경이 작은 날부(W2)에 날이 형성되어 있다. 또한 생크부(W1)는 공구의 손잡이가 되는 부분이며, 공구를 사용할 때에 보유 지지되는 부분이 된다. 이 때문에, 스퍼터링 장치(1)를 이용하여 성막 처리를 행하는 경우, 워크(W)의 날부(W2)에만 성막을 행하고, 생크부(W1)에 대해서는 성막을 행하지 않도록(성막 재료가 부착하지 않도록) 하는 것이 바람직하다.
그래서 본 실시형태의 워크 보유 지지부(60)는, 워크(W)의 생크부(W1)에 성막 재료가 부착하지 않도록, 생크부(W1)를 둘러싸도록 구성되어 있다. 이하, 도 5, 도 7 및 도 8을 이용하여 워크 보유 지지부(60)에 대해 구체적으로 설명한다. 워크 보유 지지부(60)는, 주로 회전 지지부(61), 피회전 구동부(62) 및 어댑터(63)를 구비한다.
도 7 및 도 8에 나타내는 회전 지지부(61)는, 워크(W)를 보유 지지하는 것이다. 회전 지지부(61)는, 주로 보유 지지부(61a), 지지부(61b) 및 관통공(61c)을 구비한다.
보유 지지부(61a)는, 어댑터(63)를 개재하여 워크(W)를 보유 지지하는 부분이다. 보유 지지부(61a)는, 대략 원기둥 형상으로 형성된다. 보유 지지부(61a)는, 주로 수용부(61d) 및 평탄부(61e)를 구비한다. 또, 보유 지지부(61a)는, 예를 들어, 다각형이나 다각형의 모서리부를 둥글게 한 형상이어도 된다.
수용부(61d)는, 어댑터(63)를 개재하여 워크(W)를 수용 가능한 오목부이다. 수용부(61d)는, 단면에서 볼 때(회전 지지부(61)의 축선 방향에서 볼 때) 원형상이 되도록 형성된다. 수용부(61d)는, 보유 지지부(61a)의 상측의 단면에서부터 보유 지지부(61a)의 하단부 근방까지 연장되도록 형성된다. 수용부(61d)는, 보유 지지부(61a)(회전 지지부(61))의 중심(축선상)에 형성된다. 또, 수용부(61d)는, 어댑터(63)를 개재하여 워크(W)를 수용 가능한 형상이면, 예를 들어, 다각형이나 다각형의 모서리부를 둥글게 한 형상이어도 된다.
평탄부(61e)는, 보유 지지부(61a)의 외측면에 형성되는 평탄한 부분(평면)이다. 평탄부(61e)는, 보유 지지부(61a)의 외측면(곡면)의 일부를 잘라 내거나 하여 형성된다. 평탄부(61e)는, 보유 지지부(61a)의 길이 방향의 중앙부보다 상방이며, 피회전 구동부(62)의 고정시에 소경(小徑)부(62b)의 후술하는 나사 구멍(62d)에 대응하는 위치에 형성된다. 또, 평탄부(61e)는, 보유 지지부(61a)의 길이 방향의 중앙부에 설치해도 되고, 중앙부보다 하방에 설치해도 된다.
지지부(61b)는, 설치 부재(50)를 개재하여 회전 휠(40)에 지지되는 부분이다. 지지부(61b)는, 대략 원기둥 형상으로 형성된다. 지지부(61b)의 외경은, 설치 부재(50)의 내경보다 작아지도록 형성된다. 지지부(61b)는, 보유 지지부(61a)의 저면으로부터 하방을 향해 돌출되게 형성된다. 지지부(61b) 및 보유 지지부(61a)는, 동일 축선상에 형성된다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 지지부(61b)는, 설치 부재(50)의 관통공(51a)에 상방으로부터 삽입된다. 지지부(61b)는, 적절한 베어링 부재(64)를 개재하여, 설치 부재(50)(설치 부재 본체부(51))에 회전 가능하게 지지된다. 지지부(61b)를 설치 부재 본체부(51)에 삽입함으로써, 보유 지지부(61a)가 회전 휠(40)로부터 상방을 향해 돌출되게 배치된다. 회전 지지부(61)의 축선은, 설치 부재(50)(설치 부재 본체부(51))의 축선과 같은 각도로 경사지게 배치된다. 다시 말하면, 회전 지지부(61)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 측방에 배치된 타겟(6)의 판면에 대해 경사지게 배치된다. 회전 지지부(61)는, 회전축(20)의 축선(상하 방향)에 대해 경사진 축선을 중심으로 하여 회전(자전)할 수 있다.
이렇게 하여 회전 지지부(61)(나아가서는, 워크 보유 지지부(60))는, 설치 부재(50)를 개재하여, 회전 휠(40)의 외주부(43)에 설치된다. 또한 워크 보유 지지부(60)는, 외주부(43)를 따라(즉, 회전축(20)을 중심으로 하는 원주(圓周)상에) 나열되도록 복수개 설치된다.
또, 베어링 부재(64)로는, 임의의 부재를 이용할 수 있다. 예를 들어, 볼 베어링이나 미끄럼 베어링 등, 임의의 부재를 적절히 선택할 수 있다. 또한, 1개의 지지부(61b)에 대해, 베어링 부재(64)를 복수개 설치하는 것도 가능하다.
또한, 지지부(61b)의 축선의 경사 각도(후술하는 경사 각도(α)(도 5 참조))는, 임의로 설정할 수 있다. 예를 들어, 지지부(61b)가, 회전축(20)이나 타겟(6)에 대해(연직 방향을 기준으로), 20~80° 경사지도록 설정할 수 있다.
도 7 및 도 8에 나타내는 관통공(61c)은, 수용부(61d)와 외부를 연통시키는 것이다. 관통공(61c)은, 수용부(61d)의 저부와, 지지부(61b)의 하측의 단면을 연통하도록 형성된다. 관통공(61c)은, 보유 지지부(61a)(회전 지지부(61))의 중심(축선상)에 형성된다. 관통공(61c)은, 지지부(61b)의 하측의 단면으로 개구되도록 형성되어 있지만, 지지부(61b)의 측면으로 개구되도록 형성되어도 된다. 또, 어댑터(63)의 측면에 홈을 마련하는 등 공기빼기용 면취(모따기) 가공이 되어 있는 등, 워크(W)와 어댑터(63)의 회전 지지부(61)에의 삽입시에, 수용부(61d)에서 외부로 공기가 빠지는 구조로 되어 있으면, 관통공(61c)은 마련하지 않아도 된다.
도 5 및 도 7에 나타내는 피회전 구동부(62)는, 워크 보유 지지부(60)를 회전시키기 위한 것이다. 피회전 구동부(62)는, 주로 접촉부(62a), 접촉부(62a)보다 외경이 작은 소경부(62b), 관통공(62c) 및 나사 구멍(62d)을 구비한다.
접촉부(62a)는 후술하는 고정 원반(70)과 접촉하는 부분이다. 접촉부(62a)는, 회전 지지부(61)의 축선 방향에서 볼 때 대략 원형상으로 형성된다.
소경부(62b)는 접촉부(62a)의 상단으로부터 돌출되게 형성되는 부분이다. 소경부(62b)는 대략 원기둥 형상으로 형성된다. 소경부(62b)는, 접촉부(62a)와 동일 축선상에 형성된다. 소경부(62b)의 외경은 접촉부(62a)의 외경보다 작아지도록 형성된다.
관통공(62c)은, 피회전 구동부(62)를 관통하는 것이다. 관통공(62c)은, 피회전 구동부(62)의 상측의 단면(소경부(62b)의 상단면)과, 피회전 구동부(62)의 하측의 단면(접촉부(62a)의 하단면)을 관통하도록 형성된다. 관통공(62c)은, 피회전 구동부(62)의 중심(축선상)에 형성된다. 관통공(62c)의 내경은, 회전 지지부(61)의 보유 지지부(61a)의 외경과 대략 동일하도록 형성된다.
나사 구멍(62d)은, 피회전 구동부(62)의 외측면과 내측면을 관통하도록 형성된다. 구체적으로는, 나사 구멍(62d)은, 소경부(62b)의 외측면과, 관통공(62c)을 지름 방향으로 관통하도록 형성된다. 나사 구멍(62d)의 내측면에는, 체결 부재(62e)(볼트 등)가 체결 가능하도록, 적절히 나사부가 형성된다.
피회전 구동부(62)의 관통공(62c)은, 회전 휠(40)의 상방에서, 회전 지지부(61)의 보유 지지부(61a)에 끼워맞춰진다. 이 때, 피회전 구동부(62)의 나사 구멍(62d)과, 회전 지지부(61)의 평탄부(61e)가 대향하도록, 피회전 구동부(62) 및 회전 지지부(61)의 위치가 조절된다. 이 상태에서, 피회전 구동부(62)의 나사 구멍(62d)에 체결 부재(62e)가 체결된다. 체결 부재(62e)의 선단부(피회전 구동부(62)의 지름 방향 내측의 단부)는, 회전 지지부(61)의 평탄부(61e)에 접촉한다. 이에 의해 피회전 구동부(62)와 회전 지지부(61) 간의 상대적인 회전이 규제되어, 피회전 구동부(62) 및 회전 지지부(61)가 일체적으로 회전 가능하다. 또, 피회전 구동부(62) 및 회전 지지부(61)를 일체로 해도 된다.
어댑터(63)는, 워크(W)의 일부(주로 생크부(W1))를 덮는 것이다. 어댑터(63)는, 대략 원기둥 형상으로 형성된다. 어댑터(63)의 외경은, 회전 지지부(61)의 수용부(61d)의 내경과 대략 동일하도록 형성된다. 어댑터(63)는, 주로 관통공(63a) 및 테이퍼부(63b)를 구비한다.
관통공(63a)은, 어댑터(63)를 길이 방향으로 관통하는 것이다. 관통공(63a)은, 어댑터(63)의 길이 방향 일단면과 타단면을 관통하도록 형성된다. 관통공(63a)은, 어댑터(63)의 중심(축선상)에 형성된다. 관통공(63a)은, 주로 제1 구멍부(63c) 및 제2 구멍부(63d)를 구비한다.
제1 구멍부(63c)는, 관통공(63a) 중, 길이 방향에서의 일측(도 7에서의 하단측) 부분을 형성하는 것이다. 제1 구멍부(63c)는, 길이 방향 단면에서 볼 때 원형상으로 형성된다. 제1 구멍부(63c)는, 길이 방향에 걸쳐 내경이 일정하도록 형성된다. 제1 구멍부(63c)의 내경은, 워크(W)의 생크부(W1)의 외경과 대략 동일하도록 형성된다. 즉, 제1 구멍부(63c)의 축선 방향시에서의 단면 형상은, 생크부(W1)의 축선 방향시에서의 단면 형상과 대략 일치한다. 여기서, 축선 방향시에서의 단면 형상이란, 축선에 직교하는 절단면에서 절단했을 경우의 단면 형상이다. 이에 의해, 제1 구멍부(63c)는, 생크부(W1)가 삽입 가능하게 형성되어 있다. 제1 구멍부(63c)는, 어댑터(63)의 하단에서부터 상단 근방에 걸쳐 형성된다.
제2 구멍부(63d)는, 관통공(63a) 중, 길이 방향에서의 타측(도 7에서의 상단측) 부분을 형성하는 것이다. 제2 구멍부(63d)는, 제1 구멍부(63c)와 연통(연속)하도록 형성된다. 제2 구멍부(63d)는, 길이 방향 단면에서 볼 때 원형상으로 형성된다. 제2 구멍부(63d)의 내경은, 제1 구멍부(63c)의 내경보다 작아지도록 형성된다. 보다 구체적으로는, 제2 구멍부(63d)는, 하측(제1 구멍부(63c)측)의 단부로부터, 상측(제1 구멍부(63c)으로부터 이격되는 측)의 단부를 향해, 서서히 내경이 작아지는 테이퍼 형상으로 형성된다. 제2 구멍부(63d)의 내경(특히, 상단의 내경)은, 워크(W)의 생크부(W1)의 외경보다 작고, 또 날부(W2)의 외경과 대략 동일하게(또는, 날부(W2)의 외경보다 크게) 형성된다. 즉, 제2 구멍부(63d)는, 생크부(W1)가 삽입 불가능하고 날부(W2)가 삽입 가능하게 형성되어 있다.
테이퍼부(63b)는, 어댑터(63)의 외측면에 형성된다. 테이퍼부(63b)는, 어댑터(63)의 하단부에 형성된다. 테이퍼부(63b)는, 어댑터(63)의 하측의 단부를 향하여, 서서히 외경이 작아지도록 형성된다.
여기서, 상술한 바와 같이 구성된 워크 보유 지지부(60)를 이용하여 워크(W)를 보유 지지하는 수순에 대해 설명한다.
우선, 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 워크(W)가 어댑터(63)의 관통공(63a)에 삽입된다. 이 때 워크(W)는, 외경이 작은 날부(W2)측으로부터, 관통공(63a)의 제1 구멍부(63c)에 삽입된다.
워크(W)가 관통공(63a)에 어느 정도 삽입되면, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 생크부(W1)와 날부(W2)의 단차(段差) 부분(즉, 테이퍼부(W3))이, 테이퍼 형상으로 형성된 관통공(63a)의 제2 구멍부(63d)의 내면(63e)과 접촉한다. 이에 의해, 워크(W)의 이동이 규제된다. 이 상태에서는, 워크(W)의 생크부(W1)가 어댑터(63)에 의해 상방으로부터 덮이게 된다. 또한, 워크(W)의 날부(W2)는, 어댑터(63)에서 돌출하게 된다.
다음에, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이 워크(W)가 삽입된 어댑터(63)가, 회전 지지부(61)의 수용부(61d)에 삽입된다(도 5 참조). 이 때 어댑터(63)는, 하단부(테이퍼부(63b)가 마련된 단부)로부터, 수용부(61d)에 삽입된다. 테이퍼부(63b)에 의해 어댑터(63)를 수용부(61d) 내로 안내할 수 있기 때문에, 어댑터(63)를 수용부(61d)에 용이하게 삽입할 수 있다. 또한, 수용부(61d)와 연통하도록 형성된 관통공(61c)에 의해, 수용부(61d) 내의 공기가 배출되기 때문에, 어댑터(63)를 수용부(61d)에 신속하게 삽입할 수 있다.
어댑터(63) 및 워크(W)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 어댑터(63) 또는 워크(W)의 하단이 수용부(61d)의 저면과 접촉하는 위치까지, 수용부(61d)에 삽입된다. 이렇게 하여, 워크(W)는, 어댑터(63)를 개재하여 회전 지지부(61)에 보유 지지된다. 또, 워크(W)의 생크부(W1)는, 어댑터(63) 및 회전 지지부(61)에 의해 덮인다. 이와 같이, 워크(W)의 생크부(W1)를 덮음으로써, 성막 재료가 생크부(W1)에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태와 같이, 어댑터(63)를 개재하여 회전 지지부(61)에 워크(W)를 보유 지지하는 구성으로 함으로써, 종류가 다른 워크(W)여도, 워크 보유 지지부(60)에 보유 지지할 수 있다.
예를 들어 도 10의 (a)~(c)에 나타낸 바와 같이, 워크(W)로는, 생크부(W1) 및 날부(W2)의 길이가 다른 복수 종류의 공구가 상정된다. 그렇지만, 이렇게 생크부(W1) 및 날부(W2)의 길이가 다른 워크(W)여도, 어댑터(63)의 관통공(63a)에 삽입하여, 워크(W)의 단차부가 어댑터(63)의 제2 구멍부(63d)의 내면(63e)과 접촉한 상태로, 그 어댑터(63)마다 회전 지지부(61)의 수용부(61d)에 삽입할 수 있다. 즉, 생크부(W1) 및 날부(W2)의 길이가 다른 복수 종류의 워크(W)를, 동일한 워크 보유 지지부(60)로 보유 지지할 수 있다.
또, 수용부(61d)에 삽입된 어댑터(63)에 대해 워크(W)의 위치가 어긋나는(빠지는 방향으로 이동하는) 것을 방지하는 관점에서, 어댑터(63)의 형상(길이)을 적절히 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 워크(W)가 어댑터(63)의 관통공(63a)에 삽입된 상태(워크(W)가 관통공(63a)의 제2 구멍부(63d)의 내면(63e)과 접촉된 상태)에서, 워크(W)의 하단(생크부(W1)의 하단)이 어댑터(63)의 하단과 동일 위치(동일 평면상의 위치)가 되거나(예를 들어, 도 10의 (c)에 나타내는 상태가 되거나), 워크(W)의 하단이 어댑터(63)의 하단에서 돌출되도록(예를 들어, 도 10의 (a)에 나타내는 상태가 되도록), 어댑터(63)의 형상(길이)을 설정하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 수용부(61d)에 삽입된 워크(W)의 하단이, 수용부(61d)의 저면과 접촉하기 때문에, 워크(W)가 어댑터(63)에 대해 하방(빠지는 방향)으로 어긋나는 것을 방지할 수 있다.
도 3 내지 도 5, 및 도 11에 나타내는 고정 원반(70)은, 워크 보유 지지부(60)를 회전시키기 위한 것이다. 고정 원반(70)은, 평면에서 볼 때 원형의 판형상(원반 형상)으로 형성된다. 고정 원반(70)의 중심에는, 관통공(70a)이 형성된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 고정 원반(70)은, 고정 부재(71) 및 베어링 부재(72)를 개재하여, 회전축(20)에 설치된다. 구체적으로는, 고정 원반(70)의 내측(관통공(70a))에는, 고정 부재(71)를 개재하여 베어링 부재(72)의 외륜이 고정된다. 이 베어링 부재(72)의 내륜이, 회전축(20)에 삽입되어, 회전축(20)에 고정된다. 이와 같이, 고정 원반(70)은 베어링 부재(72)를 개재하여 회전축(20)에 상대 회전 가능하게 설치된다. 고정 원반(70)은, 회전 휠(40)의 상방에, 회전 휠(40)과 적절한 간격을 두고 설치된다. 즉 고정 원반(70)은, 각 회전 휠(40)에 대응하도록, 회전 휠(40)과 같은 수로 설치된다. 고정 원반(70)의 외주 단부는, 대응하는 회전 휠(40)에 설치된 워크 보유 지지부(60)의 피회전 구동부(62)(접촉부(62a))와 접촉하도록 배치된다.
또, 베어링 부재(72)로는, 임의의 부재를 이용할 수 있다. 예를 들어, 볼 베어링, 롤러 베어링, 미끄럼 베어링 등, 임의의 부재를 적절히 선택할 수 있다.
고정 원반(70) 및 피회전 구동부(62)는, 워크 보유 지지부(60)가 회전축(20)을 중심으로 하여 회전(공전)함으로써, 워크 보유 지지부(60)를 자전시키기 위한 동력이 워크 보유 지지부(60)에 전달되도록 구성되어 있다. 예를 들어, 고정 원반(70) 및 피회전 구동부(62)는, 서로 맞물리는 톱니를 가진 기어(예를 들어, 베벨 기어 등)에 의해 형성할 수 있다. 이에 의해, 고정 원반(70)은 워크 보유 지지부(60)를 연속적으로 회전(자전)시킬(특히, 워크(W)가 타겟(6)과 대향하고 있는 상태에서, 이 워크(W)를 연속적으로 회전시킬) 수 있다. 그 외에, 고정 원반(70) 및 피회전 구동부(62)는, 서로 접촉하여 동력을 전달 가능한 구성이면 된다. 예를 들어, 기어, 체인과 스프로켓의 조합, 구멍부과 돌기부의 조합 등의 맞물림 구조를 이용하여 동력을 전달하는 구성, 접촉면끼리의 마찰력을 이용하여 동력을 전달하는 구성 등이어도 된다.
또한, 고정 원반(70)과 피회전 구동부(62)는, 기계적인 기구를 포함하지 않는 개재물을 개재하여 접촉해도 된다. 이 경우, 회전부인 고정 원반(70)과 워크 보유 지지부(60)의 일부인 피회전 구동부(62)는, 기계적인 기구를 개재하지 않고 접촉하게 된다.
또한, 고정 원반(70) 및 피회전 구동부(62)는, 기어와 같이 연속적으로 동력을 전달시켜서, 워크 보유 지지부(60)를 연속적으로 회전시키는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 고정 원반(70) 및 피회전 구동부(62)는, 캠 등을 이용하여 단속적으로 동력을 전달함으로써, 워크 보유 지지부(60)를 단속적으로 회전(자전)시키는 것도 가능하다.
규제부(80)는, 고정 원반(70)의 회전을 규제하는 것이다. 규제부(80)는, 주로 제1 규제 부재(81) 및 제2 규제 부재(82)를 구비한다.
제1 규제 부재(81)는, 각 고정 원반(70)에 고정되는 것이다. 제1 규제 부재(81)는, 직사각형상의 판재를 굴곡시켜서 형성된다. 구체적으로는, 제1 규제 부재(81)는, 수평으로 연장되는 좌측부(81a)와, 좌측부(81a)의 우측단으로부터 연직 상방으로 연장되는 중도부(81b)와, 중도부(81b)의 상단에서 우측으로 연장되는 우측부(81c)를 구비한다. 이와 같이, 제1 규제 부재(81)는, 고정 원반(70)의 지름 방향 외측의 부분(우측부(81c))이 지름 방향 내측의 부분(좌측부(81a))보다 높아지도록 형성되어 있다. 이에 의해, 워크 보유 지지부(60)나 워크(W)와의 간섭을 피할 수 있다.
제1 규제 부재(81)의 좌측부(81a)는, 고정 원반(70)의 상면의 우단부 근방에 적절한 체결 부재(볼트 등)에 의해 고정된다. 제1 규제 부재(81)의 우측부(81c)는, 고정 원반(70)에서 우방으로 돌출되게 배치된다. 우측부(81c)에는, 노치부(81d)가 형성된다.
제2 규제 부재(82)는, 제1 규제 부재(81)와 걸어맞춤하는 것이다. 제2 규제 부재(82)는, 대략 원기둥 형상으로 형성된다. 제2 규제 부재(82)는, 축선을 연직 방향(상하 방향)을 향해 배치된다. 제2 규제 부재(82)의 상단부는, 브라켓(82a)을 개재하여 성막실(2)의 상면에 고정된다. 제2 규제 부재(82)는, 각 고정 원반(70)에 설치된 제1 규제 부재(81)의 노치부(81d)에 걸어맞춤된다. 보다 구체적으로는, 제1 규제 부재(81)의 노치부(81d)에, 제2 규제 부재(82)가 끼워넣어져서, 고정 원반(70)의 회전이 규제되게 된다.
이와 같이, 고정 원반(70)에 설치된 제1 규제 부재(81)가, 성막실(2)에 고정된 제2 규제 부재(82)와 걸어맞춤함으로써, 고정 원반(70)의 회전이 규제된다. 이에 의해, 회전축(20)이 회전해도, 고정 원반(70)이 회전하는 경우는 없다.
도 3 내지 도 5에 나타내는 커버(90)는, 워크 보유 지지부(60)를 덮는 것이다. 커버(90)는, 판형상의 부재를 적절히 굴곡시켜서 형성된다. 커버(90)는, 워크 보유 지지부(60)를 측방(고정 원반(70)의 지름 방향 외측) 및 상방에서 덮도록 배치된다. 커버(90)에는, 관통공(91)이 형성된다. 관통공(91)을 개재하여, 워크 보유 지지부(60)에 보유 지지된 워크(W)의 날부(W2)를 커버(90)의 외측에 노출시킬 수 있다. 커버(90)는, 회전 휠(40)에 적절한 방법으로 고정된다.
다음에, 모터(4)의 동력에 의해 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)이 동작하는 모습에 대해 설명한다.
모터(4)가 구동하면, 모터(4)의 동력에 의해 회전축(20)이 회전한다. 회전 휠(40)은, 회전축(20)과 일체적으로 회전한다. 이에 의해, 회전 휠(40)의 외주부(43)에 설치된 워크 보유 지지부(60)는, 회전축(20)을 중심으로 하여 회전(공전)한다.
한편, 회전축(20)에 대해 상대 회전 가능하게 설치된 고정 원반(70)은, 규제부(80)에 의해 회전이 규제되고 있다. 이 때문에, 고정 원반(70)은, 회전축(20)의 회전에 따라 회전하는 경우는 없다.
워크 보유 지지부(60)의 피회전 구동부(62)는, 고정된(회전하지 않는) 고정 원반(70)과 접촉하면서, 회전축(20)을 중심으로 하여 회전(공전)하게 된다. 이에 의해, 워크 보유 지지부(60)는, 회전축(20)을 중심으로 하여 회전(공전)하면서, 이 워크 보유 지지부(60)의 축선을 중심으로 하여 회전(자전)한다(도 2 참조).
또한, 워크 보유 지지부(60)는, 회전축(20)을 중심으로 하여 회전(공전)하는 경우, 워크 보유 지지부(60)의 외측으로부터 회전축(20)을 향하는 방향으로 본(다시 말하면, 도 4 및 도 5에 나타내는, 회전축(20)을 지나면서 회전축(20)과 평행한 단면에서 볼 때의) 경사 각도(α)가 항상 일정하다. 또, 경사 각도(α)란, 도 4 및 도 5에 나타내는 단면(회전축(20)을 중심으로 하는 가상 원의 둘레 방향에서 본 단면)에서, 회전축(20)의 축선이나 타겟(6)의 판면에 대한 각도를 의미한다. 본 실시형태에서는, 회전축(20)의 축선 및 타겟(6)의 판면은 상하 방향(연직 방향)으로 평행하기 때문에, 경사 각도(α)는, 도 4 및 도 5에 나타내는 단면에서 상하 방향(연직 방향)에 따른 가상선(X)에 대한 각도가 된다. 회전축(20)을 중심으로 하는 가상 원의 둘레 방향에서 본 단면이란, 회전축(20)을 중심으로 하는 가상 원의 원주상에서 본 단면이라고 표현할 수도 있다.
따라서, 워크 보유 지지부(60)가 회전축(20)을 중심으로 하여 회전(공전)하면, 워크(W)가 타겟(6)에 대향하는 위치에서, 타겟(6)으로부터 성막 재료의 입자가 워크(W)에 충돌하여 비교적 두껍게 성막되는 성막 영역에서, 타겟(6)에 대한 워크 보유 지지부(60)(워크(W))의 경사 각도(α)가 거의 일정하다. 또한, 이 때에 워크 보유 지지부(60)의 축선을 중심으로 하여 자전함으로써, 워크(W)의 노출면 전체에 형성되는 막의 막질의 균일화를 꾀할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같이 구성된 스퍼터링 장치(1)를 이용한 성막품의 제조 방법(스퍼터링 방법)에 대해 설명한다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 관한 성막품의 제조 방법은, 주로 워크 보유 지지 공정(S1), 배기 공정(S2), 워크 가열 공정(S3) 및 성막 공정(S4)을 포함한다.
워크 보유 지지 공정(S1)은, 워크 보유 지지부(60)에 워크(W)를 보유 지지시키는 공정이다. 워크 보유 지지 공정(S1)에서, 작업자는, 어댑터(63)에 삽입된 워크(W)를 워크 보유 지지부(60)의 보유 지지부(61a)에 삽입하고, 이 워크 보유 지지부(60)에 의해 워크(W)를 보유 지지시킨다.
배기 공정(S2)은, 성막실(2) 내의 공기를 배출하는 공정이다. 배기 공정(S2)에서, 배기 장치(5)가 작동되면, 성막실(2) 내의 공기가 배출된다. 배기 장치(5)를 적절히 제어함으로써, 성막실(2) 내가 성막 처리에 적절한 진공도가 되도록 조절된다.
워크 가열 공정(S3)은, 워크(W)를 가열하는 공정이다. 워크 가열 공정(S3)에서, 모터(4)가 구동되면, 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)이 작동되어, 워크 보유 지지부(60)의 회전(공전 및 자전)이 개시된다. 또한 워크 가열 공정(S3)에서, 히터(7)가 작동되어, 워크 보유 지지부(60)에 보유 지지된 워크(W)가 적절한 온도까지 가열된다.
성막 공정(S4)은, 워크(W)에 성막 처리를 하는 공정이다. 성막 공정(S4)에서는, 계속 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)이 작동된다. 또한 성막 공정(S4)에서, 성막실(2) 내에 스퍼터링 가스(예를 들어, Ar 등의 불활성 가스)가 공급된다. 이 상태에서 타겟(6)에 마이너스의 전압 또는 고주파(RF：Radio　Frequency)의 전압을 인가함으로써, 글로우 방전을 발생시킨다. 이에 의해, 스퍼터링 가스를 이온화하고, 이 이온을 타겟(6)의 표면에 고속으로 충돌시킴으로써, 타겟(6)을 구성하는 성막 재료의 입자(스팩터 입자)를 내쫓는다. 타겟(6)에서 내쫓긴 성막 재료의 입자는, 워크(W)(특히, 어댑터(63)로부터 노출되어 있는 날부(W2))의 표면에 부착한다. 이 입자를 워크(W)의 표면에 퇴적시킴으로써, 박막을 형성할 수 있다. 이렇게 하여, 성막 처리가 이루어진 워크(W)(성막품)를 제조할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 편의상, 워크 보유 지지 공정(S1), 배기 공정(S2), 워크 가열 공정(S3) 및 성막 공정(S4)의 순서로 설명했지만, 성막품의 제조 방법은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 공정의 순서를 바꾸거나(예를 들어, 배기 공정(S2)과 워크 가열 공정(S3)의 순서를 바꾸는 등), 동시에 행하는 것(예를 들어, 배기 공정(S2)과 워크 가열 공정(S3)을 동시에 행하는 등)도 가능하다.
여기서, 도 13을 이용하여, 스퍼터링 장치(1)를 이용한 성막품의 제조 방법에 의해, 워크(W)에 형성되는 박막의 얼룩의 발생이 억제되는 모습에 대해 설명한다. 또, 도 13에서는 설명의 편의상, 워크(W)의 형상을 간략화하여, 원기둥 형상으로 도시하고 있다.
비교예로서, 도 13의 (a)에 나타낸 바와 같이, 만약 워크(W)가 경사지지 않고, 연직 방향을 향하게 한 축선을 중심으로 하여 자전하는 경우를 상정한다. 이 경우, 워크(W)는 자전하고 있기 때문에, 워크(W)의 측면 전체가, 워크(W)의 측방에 배치된 타겟(6)과 대향하게 된다. 이에 의해, 타겟(6)으로부터의 성막 재료의 입자를, 워크(W)의 측면 전체에 부착시킬 수 있다.
한편, 워크(W)가 자전해도, 워크(W)의 상면이 타겟(6)과 대향하는 경우는 없기 때문에, 타겟(6)으로부터의 성막 재료의 입자는, 워크(W)의 상면에 부착하기 어렵다. 즉, 워크(W)의 측면과 상면에서, 형성되는 박막에 얼룩이 생겨 버릴 우려가 있다.
특히 스퍼터링(스퍼터법)에 의한 성막 처리에서는, 워크(W)의 측면과 상면에 형성된 박막의 압축 응력(내부 응력)에 차가 생기고, 이 압축 응력의 차에 의해 박막의 밀착성이나 균질성의 저하 등이 염려된다.
이에 대해 본 실시형태에서는, 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이, 타겟(6)에 대해 경사진 축선을 중심으로 워크(W)가 자전하도록 구성되어 있다. 이 경우, 워크(W)의 측면 뿐만 아니라, 상면도, 타겟(6)과 대향시킬 수 있다. 이 때문에, 워크(W)의 측면과 상면에서, 형성되는 박막에 얼룩이 생기는 것을 억제할 수 있다. 또한, 워크(W)의 측면과 상면에서, 박막의 압축 응력에 차가 생기는 것을 억제할 수 있어, 박막의 밀착성이나 균질성의 향상을 꾀할 수 있다.
이하에서는, 도 14 및 도 15를 이용하여, 본 실시형태에 관한 스퍼터링 장치(1)(성막품의 제조 방법)에 의해 성막된 공구의 평가의 일 예에 대해 설명한다.
도 14에는, 본 실시형태에 관한 스퍼터링 장치(1)에 의해 성막된 공구(이하, 「본원 공구」라고 칭함)와, 비교예로서 종래 공지의 방법으로 성막된 공구(이하, 「비교예」라고 칭함)의, 수명에 관한 평가의 일 예를 나타내고 있다.
여기서, 본 실시형태에서의 스퍼터링 조건으로는, RF 전원을 이용한 RF 스퍼터링법에 의해, 스퍼터링 타겟에 AlCr계 합금을 이용하여, 스퍼터링 가스가 아르곤 가스에 질소 가스를 함유시킨 혼합 가스에 의한 반응성 스퍼터링으로 성막을 행했다.
또, 평가의 대상으로 한 공구는 「R0.5 초경 볼엔드밀」이다. 이 공구는, 모재가 WC-Co 합금의 「초경재(초경합금)」이고, AlCrN계의 성막(코팅)이 이루어진 것이다.
또한 평가 시험으로서 상기 2종류의 절삭 가공용 공구를 이용하여 절삭 가공을 행했다. 절삭 가공의 대상이 되는 재료의 종류(피삭재종)은 SUS420J2(HRC55)이다. 가공 조건은, 회전수: 30,000(min-1), 이송 속도: 1,500(mm/min), 절입 깊이(depth of cut) Rd(XY)： 0.05(mm)이다.
또한 평가할 때의 수명의 기준(공구의 수명을 판단하기 위한 공구의 마모량)으로서, (A): 마모량 0.005(mm), (B): 마모량 0.01(mm)의, 2패턴의 기준을 설정했다. 도 14의 가로축은 가공 거리, 세로축은 마모량을 나타내고 있다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 수명 기준을 (A): 마모량 0.005(mm)로 했을 경우, 비교예의 수명이 104.8(m)인데 대해, 본원 공구의 수명은 200.1(m)이다. 즉, 수명 기준을 (A): 마모량 0.005(mm)로 했을 경우, 본원 공구는 비교예와 비교하여 공구 수명이 약 2배로 늘어나 있음을 알 수 있다.
또한, 수명 기준을 (B): 마모량 0.01(mm)로 했을 경우, 비교예의 수명이 109.8(m)인데 대해, 본원 공구의 수명은 293.5(m)이다. 즉, 수명 기준을 (B): 마모량 0.01(mm)로 했을 경우, 본원 공구는 비교예와 비교하여 공구 수명이 약 3배로 늘어나 있음을 알 수 있다.
도 15에는, 본원 공구와 비교예의, 결함의 발생에 관한 평가의 일 예를 나타내고 있다.
또, 결함의 발생에 관한 평가로서, 도 14에 나타낸 예와 같은 조건으로 200(m)의 절삭 가공을 행했을 경우에서의, 공구의 결함의 발생 횟수를 비교했다. 평가 횟수(절삭 가공의 횟수)는 10회이며, 절삭 가공 후에 공장 현미경을 이용하여 20배의 배율로 공구를 관찰했다. 결함의 크기에 관계없이, 결함이 확인되었을 경우, 결함이 발생한 것으로 카운트했다.
그 결과, 도 15에 나타낸 바와 같이, 비교예에서는, 10회의 평가 횟수 중, 8회에서 결함의 발생이 확인되었다. 이에 대해, 본원 공구에서는, 10회의 평가 횟수 중, 겨우 2회만 결함의 발생이 확인되었다. 즉, 본원 공구의 결함의 발생율은, 비교예의 4분의 1이 되어 있음을 알 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 관한 스퍼터링 장치(1)(성막품의 제조 방법)에 의해 성막된 공구는, 박막(코팅)의 밀착성이나 균질성의 향상에 의해, 장수명화나 결함의 발생의 억제를 꾀하는 것이 가능하다는 것을 알았다.
또, 본 실시형태에서는, 진공 처리 장치(진공 성막 장치)의 일 예로서 스퍼터링을 행하는 장치(스퍼터링 장치(1))를 예시했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 그 외 다양한 진공 처리에 적용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 입자의 물리적인 운동을 이용한 물리적 기상 성장법(물리 증착법: PVD)이나, 화학 반응을 이용한 화학적 기상성장법(화학 증착법: CVD) 등에 널리 적용하는 것이 가능하다.
또, PVD 중에는, 증착원을 가열하여 증발시켜서 성막을 행하는 증발계로서, 진공 증착, 분자선 증착, 이온 플레이팅, 이온 빔 증착, PLD(플라즈마-레이저 디포지션) 등이 있다. 또한, 본 실시형태에서 예시한 것 같은 스퍼터계로서, 컨벤셔널 스퍼터링, 마그네트론 스퍼터링, 이온 빔 스퍼터링, ECR 스퍼터링, 반응성 스퍼터링(반응성 가스(O2, N2 등)을 도입하여, 산화물이나 질화물의 성막을 행하는 것) 등이 있다. 또한, 워크(W)의 재료에 따라, RF(고주파) 전원을 이용한 RF 스퍼터링을 이용하는 것도 가능하다.
또한, CVD 중에는, 컨벤셔널 CVD, 열 CVD, 광 CVD, 플라즈마 CVD, 에피텍셜 CVD, MOCVD 등이 있다.
또한, 본 실시형태에 의해 워크(W)에 형성되는 박막으로는, 특히 AlCrN, AlN, TiCrN, TiN, TiAlN, TiAlCrN, Al2O3 중 적어도 1개를 포함하는, 단층 또는 복수 적층으로 이루어지는 것을 상정하고 있지만, 다른 임의의 박막을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 상기 성막 재료에 추가하여, 적절히 첨가물을 추가하는 것도 가능하다. 예를 들어, 첨가제로서 Nb, Ta, Mo, V, Y, Si 등을 추가하는 것이 가능하다.
또한, 진공 처리 장치로는, 성막 장치 이외에, 드라이 에칭 장치, 표면 개질 장치 등의 플라즈마 처리 장치에 본 발명을 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 워크 보유 지지부(60)는, 생크부(W1)(제1 부분)과, 상기 생크부(W1)보다 외경이 작은 날부(W2)(제2 부분)를 구비하는 봉상의 워크(W)를 보유 지지하는 워크 보유 지지부(60)로, 상기 생크부(W1)를 삽입 가능한 제1 구멍부(63c), 및 상기 제1 구멍부(63c)와 연속하도록 형성되어, 상기 생크부(W1)를 삽입 불가능하고 상기 날부(W2)를 삽입 가능한 제2 구멍부(63d)를 구비하는 관통공(63a)이 형성된 어댑터(63)와, 상기 어댑터(63)가 삽입된 상태에서 상기 어댑터(63)를 보유 지지 가능한 회전 지지부(61)(본체부)를 구비하는 것이다.
이와 같이 구성함으로써, 복수 종류의 워크(W)에 대응할 수 있다. 즉, 워크(W)가 삽입된 어댑터(63)를 회전 지지부(61)에 삽입하여 보유 지지하는 구성으로 함으로써, 워크(W)의 종류(예를 들어, 길이나 형상 등)가 달라도, 워크(W)를 보유 지지할 수 있다. 이에 의해, 워크(W)의 종류에 따라 복수의 워크 보유 지지부(60)를 준비할 필요가 없어진다.
또한, 제1 구멍부(63c)는, 상기 생크부(W1)에 대응한 단면 형상이 되도록 형성되어 있다.
이와 같이 구성함으로써, 워크(W)의 덜컹거림을 억제할 수 있다. 즉, 워크(W)의 생크부(W1)가, 어댑터(63)의 관통공(63a)(제1 구멍부(63c)) 내에서 덜컹거리는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 워크(W)의 자세를 안정시킬 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 제1 구멍부(63c)와 생크부(W1)의 축선 방향시에서의 단면 형상이 대략 일치하는 것으로 했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 구멍부(63c)의 단면 형상을, 생크부(W1)에 대응시켜서 워크(W)의 덜컹거림을 억제할 수 있는 것이면 된다. 예를 들어, 제1 구멍부(63c)의 측면의 복수 개소에서 생크부(W1)와 접촉시키는 형상으로 하는 것으로도, 워크(W)의 덜컹거림을 억제할 수 있다.
또한, 상기 제2 구멍부(63d)는, 상기 제1 구멍부(63c)로부터 이격되는 방향을 향해 내경이 작아지는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.
이와 같이 구성함으로써, 워크(W)를 관통공(63a)에 용이하게 삽입할 수 있다. 즉, 테이퍼 형상으로 형성된 제2 구멍부(63d)에 의해, 워크(W)를 관통공(63a)의 중심에 위치하도록 안내함으로써, 워크(W)를 관통공(63a)에 신속하게 삽입할 수 있다.
또한, 상기 어댑터(63)는, 외측면 중, 상기 회전 지지부(61)에 삽입되는 측의 단부에 형성되며, 상기 회전 지지부(61)에 삽입되는 측을 향해 외경이 작아지는 테이퍼부(63b)를 구비하는 것이다.
이와 같이 구성함으로써, 어댑터(63)를 용이하게 회전 지지부(61)에 삽입할 수 있다. 즉, 선단을 향해 외경이 작아지는 테이퍼부(63b)에 의해 어댑터(63)를 회전 지지부(61)의 수용부(61d)로 안내할 수 있다.
또한, 워크 보유 지지부(60)는, 상기 회전 지지부(61)에 설치되어, 회전력이 전달되는 피회전 구동부(62)를 더 구비하고, 상기 회전 지지부(61)는, 상기 피회전 구동부(62)에 체결되는 체결 부재(62e)가 접촉 가능한 평탄부(61e)를 구비하는 것이다.
이와 같이 구성함으로써, 피회전 구동부(62)와 회전 지지부(61)의 상대 이동을 억제할 수 있다. 즉, 체결 부재(62e)를 평탄부(61e)에 접촉시킴으로써, 피회전 구동부(62)에 대한 회전 지지부(61)의 상대적인 이동(본 실시형태에서는, 상대 회전)을 억제할 수 있다. 이에 의해, 피회전 구동부(62)에 전달되는 회전력에 의해, 회전 지지부(61)를 안정되게 회전시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)은, 상기 워크 보유 지지부(60)를 구비하고, 상기 워크 보유 지지부(60)를 회전시키는 것이 가능한 것이다.
이와 같이 구성함으로써, 복수 종류의 워크(W)에도 대응할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 생크부(W1)는, 제1 부분의 실시의 일 형태이다.
또한, 본 실시형태에 관한 날부(W2)는, 제2 부분의 실시의 일 형태이다.
또한, 본 실시형태에 관한 회전 지지부(61)는, 본체부의 실시의 일 형태이다.
이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 특허청구의 범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 범위내에서 적절한 변경이 가능하다.
예를 들어, 본 실시형태에서는, 워크(W)의 일 예로서 가공용 공구(절삭 가공, 연삭 가공, 연마 등의 기계 가공용 공구)를 예시했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 성막의 대상이 되는 워크(W)는, 임의로 선택할 수 있다. 예를 들어, 워크(W)의 다른 예로서는, 펀치 부품(펀칭을 위한 날), 다이캐스트용 금형의 부품, 커터의 날 등, 다양한 물품이 상정된다.
또한, 워크(W)의 형상은 한정하는 것이 아니며, 임의의 형상을 이용할 수 있다. 즉 워크(W)로서는, 일 방향으로 연장된 봉상이며, 중도부에서 굵기(지름)가 변화되어 있는 것(굵기가 다른 2개의 부분을 가진 것)이면, 다양한 것을 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 워크(W)를 회전축(20)이나 타겟(6)에 대해 경사진 상태에서 보유 지지하고 있지만, 이 경사의 각도 및 방향은 임의로 변경할 수 있다. 예를 들어, 회전 휠(40)을, 관통공(43b)의 경사 각도가 다른 별도의 회전 휠(40)과 교환함으로써, 워크 보유 지지부(60)의 경사 각도(α)(나아가서는, 워크(W)의 경사 각도(α))를 변경할 수 있다. 또한, 회전 휠(40)에 한정되지 않고, 다른 부재(예를 들어, 설치 부재(50))를 교환하는 것으로도, 워크(W)의 경사 각도(α)를 변경하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에서는, 워크(W)를 회전축(20)이나 타겟(6)에 대해 경사진 상태에서 보유 지지하고 있지만, 워크(W)를 경사시키지 않고 보유 지지해도 된다. 즉, 워크(W)의 길이 방향을 연직 방향을 향하게 하여 보유 지지해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 어댑터(63)의 제1 구멍부(63c)가, 워크(W)의 생크부(W1)에 대응한 단면 형상이 되도록 형성되는 것으로 했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 구멍부(63c)는, 워크(W)를 삽입 가능한 형상이면 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 제2 구멍부(63d)가 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 것으로 했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제2 구멍부(63d)는, 생크부(W1)를 삽입 불가능하고 날부(W2)를 삽입 가능한 형상이면, 임의의 형상으로 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제2 구멍부(63d)를, 제1 구멍부(63c)와 마찬가지로 길이 방향에 걸쳐서 내경이 일정하도록 형성하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 워크(W)를 어댑터(63)의 관통공(63a)에 삽입하면, 제1 구멍부(63c)와 제2 구멍부(63d) 사이의 단차(모서리)가 워크(W)와 접촉하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 회전 휠(40), 회전 휠(40)에 설치된 워크 보유 지지부(60), 및 워크 보유 지지부(60)에 대응하는 고정 원반(70)이, 상하로 2개 나열되어(2단으로) 배치된 모습을 도시하여 설명했지만, 이 회전 휠(40) 등의 개수는 한정되는 것은 아니다. 즉, 이 회전 휠(40) 등을, 스퍼터링 장치(1)에 1개만 설치하는 것이나, 3개 이상 설치하는 것도 가능하다.
또, 본 실시형태에서는, 이 회전 휠(40) 등이, 측방에서 볼 때 상하로 인접하는 다른 회전 휠(40) 등과 중복하지 않도록 배치되어 있다. 예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이, 하방(밑의 단)에 설치된 회전 휠(40), 워크 보유 지지부(60) 및 고정 원반(70)은, 상방(위의 단)에 설치된 회전 휠(40) 등보다도 하방에 위치하도록 배치되어 있다. 이와 같이, 양자를 측방에서 볼 때 중복하지 않도록 배치함으로써, 측방으로부터의 유지보수성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 워크 보유 지지부 회전 유닛(3)의 주위에 타겟(6) 및 히터(7)를 배치하는 구성을 예시했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이온 건을 더 설치하여, 전처리를 행하는(예를 들어, 워크(W) 표면의 산화물을 아르곤 이온을 분사하여 제거하는 등) 것도 가능하다. 또한, 워크(W)의 종류 등에 따라, 히터(7)를 이용하지 않고 성막 처리를 행하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시형태에서는, 동력원의 일 예로서 모터(4)를 예시했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다른 동력원(엔진, 액추에이터 등)을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 워크 보유 지지부(60)의 회전(공전 및 자전)의 속도(회전수)는, 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 워크 보유 지지부(60)이 회전축(20)을 중심으로 하는 회전(공전)에 의해 타겟(6)의 정면을 통과하는 동안(타겟(6)과 대향해 있는 동안)에, 이 워크 보유 지지부(60)가 적어도 1회전(360°) 이상 자전하도록 설정하고 있다. 이에 의해, 타겟(6)으로부터의 성막 재료를, 워크(W)의 전역에 부착시킬 수 있어, 박막의 밀착성이나 균질성을 더욱 향상시킬 수 있다.
1 스퍼터링 장치
3 워크 보유 지지부 회전 유닛
60 워크 보유 지지부
61 회전 지지부
61e 평탄부
62 피회전 구동부
62e 체결 부재
63 어댑터
63a 관통공
63b 테이퍼부
63c 제1 구멍부
63d 제2 구멍부
W 워크
W1 생크부
W2 날부
W3 테이퍼부

Claims (6)

  1. 제1 부분과, 상기 제1 부분보다 외경이 작은 제2 부분을 구비하는 봉상(棒狀)의 워크를 보유 지지하는 워크 보유 지지부로서,
    상기 제1 부분을 삽입 가능한 제1 구멍부, 및 상기 제1 구멍부와 연속하도록 형성되며, 상기 제1 부분을 삽입 불가능하고 상기 제2 부분을 삽입 가능한 제2 구멍부를 구비하는 관통공이 형성된 어댑터와,
    상기 어댑터가 삽입된 상태에서 상기 어댑터를 보유 지지 가능한 본체부를 구비하는 워크 보유 지지부.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 구멍부는, 상기 제1 부분에 대응한 단면 형상이 되도록 형성되어 있는 워크 보유 지지부.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 구멍부는, 상기 제1 구멍부로부터 이격되는 방향을 향해 내경이 작아지는 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 워크 보유 지지부.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어댑터는, 외측면 중, 상기 본체부에 삽입되는 측의 단부에 형성되며, 상기 본체부에 삽입되는 측을 향해 외경이 작아지는 테이퍼부를 구비하는 워크 보유 지지부.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체부에 설치되며, 회전력이 전달되는 피회전 구동부를 더 구비하고,
    상기 본체부는, 상기 피회전 구동부에 체결되는 체결 부재가 접촉 가능한 평탄부를 구비하는 워크 보유 지지부.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 워크 보유 지지부를 구비하고, 상기 워크 보유 지지부를 회전시키는 것이 가능한 워크 보유 지지부 회전 유닛.
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